目前单结有机光伏电池（OSCs）的效率已经接近20%，高效的OSCs活性层主要是基于宽带隙的聚合物给体与窄带隙的非富勒烯受体（NFAs）小分子共混而成。由于给体的荧光光谱与受体的吸收光谱重合，可能发生由给体到受体的荧光共振能量转移（FRET）。此外，为了有效的电荷转移和高的内量子效率，需要大约0.5 eV的电离能（IE）偏移。因此，从给体到受体的FRET和从受体到给体的空穴转移可以潜在地提高OSCs的光电转换效率。

时间分辨光致发光（TRPL）和瞬态吸收（TA）等测量方法通常被用来确定OSCs中的FRET和空穴转移。然而，超快光谱学的测量和分析是复杂的，只有少数具有光谱学背景的研究组能够采用如此先进的技术。另一方面，温度依赖光致发光（PL）测量已被证明有助于深入了解分子内能量转移。半峰宽度（FWHM）、PL光谱的峰值位置和强度随温度的变化反映了材料被激发后弛豫能的变化，这使得验证OSCs中的能量转移、空穴转移和其他物理过程成为可能。然而，通过温度依赖荧光光谱来研究OSCs中的FRET和空穴转移还没有被系统地总结。

针对以上问题，我院薄膜光伏团队以非富勒烯受体IDTT-IC及其氟化类似物IDTT-4FIC为受体与聚合物给体PTO2配对，用来揭示OSCs中的FRET和空穴转移。PTO2/MoO3/IDTT-IC（或IDTT-4FIC）结构的串联薄膜结构被制备，通过分析PL光谱峰值位置和强度随衬底温度的变化，证明了从PTO2到IDTT-IC或IDTT-4FIC的FRET以及从IDTT-IC或IDTT-4 FIC到PTO2的空穴转移。PTO2/PEDOT:PSS/IDTT-IC（或IDTT-4FIC）作为活性层的串联结构器件被制备，通过改变PEDOT:PSS的膜厚来控制FRET的强弱，施加短/长通滤波片的J-V以及EQE的测试结果证实了FRET和空穴转移的存在并且直观的探测到了FRET和空穴转移对器件性能的影响。结果证实，PTO2和IDTT-4FIC之间较大的IE偏移导致了有效的空穴转移。这项工作提出了一种通过设计一种串联结构运用温度相关PL测量来证明OSCs中的能量转移和空穴转移的方法，将吸引具有物理学、材料和化学背景的研究人员的广泛研究兴趣。

相关研究成果发表于国际知名期刊《Journal of Materials Chemistry C》上，题为"Probing fluorescence resonance energy transfer and hole transfer in organic solar cells using a tandem structure"，广西大学为第一通讯单位。

相关工作得到“国家自然科学基金（面上项目）”、“广西自然科学基金（杰出青年科学基金项目）”、“广西自然科学基金（重点项目）”、“广西大学高层次人才科研项目基金”和“广西研究生创新计划项目”等项目经费的大力支持。

论文作者：赵振民（2020级博士生），Shenglong Chu，吕杰，Qianqian Chen，肖正国（教授，中国科学技术大学），陆仕荣（教授，台州学院），阚志鹏（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1039/d3tc02042h